JP2021503267A

JP2021503267A - 電磁モーター

Info

Publication number: JP2021503267A
Application number: JP2020518461A
Authority: JP
Inventors: ブラントヴィリー; イェツェク，ミハ
Original assignee: Vili Brandt
Current assignee: Vili Brandt
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2021-02-04
Also published as: EA202090865A1; US20200259393A1; WO2019066730A1; CA3077434A1

Abstract

本発明の目的は、電磁モーターであり、より詳細には、接続要素（mh）に取り付けられた磁石（mp）を使用し、十分な駆動力でクランクシャフト（v）を推進する推進力の手段として作用するモーターである。そのような推進力の手段は、化石燃料を必要とせず、推進力の脱炭素手段を提供する。本発明によって解決される技術的課題は、接続要素（mh）に取り付けられた永久磁石（mp）、および、自由に回転するクランクシャフト（v）、接続ロッド（v1）、接続要素（mh）に取り付けられた永久磁石（mp）、上部コイル（em）および内部コア（j）と組み合わせた下部コイル（ch）、センサー（x1）、前記磁石（mp）がその上部または下部の平衡位置に達する前の正確な瞬間に両方のコイル（ch、em）の極性を検出および反転するコントローラ（y1）の構成による十分な駆動力を用いて、化石燃料およびハイブリッド推進を追加せずにクランクシャフト（v）推進を可能とする、電磁モーターの構造である。

Description

本発明の目的は、電磁モーターであり、より詳細には、永久磁石の配置およびクランクシャフトを駆動するための適切な駆動力を用い、したがって推進手段として機能するモーターである。これは化石燃料を必要とせず、推進力の脱炭素手段を提供する。

本発明によって解決される技術的課題は、永久磁石、および、自由に回転するクランクシャフト、ロッドとピストンの接続、および内部コアとのコイルの組合せの結果としての適切な駆動力を用いて、化石燃料およびハイブリッド推進を追加せずにクランクシャフトに動力を供給する電磁モーターの構造である。本特許出願において、「ピストン」なる用語は、磁石および接続要素からなるピストンを称し、磁石は接続要素上にしっかりと固定される。「磁石」なる用語は、好ましくは、天然の永久磁石を称する。

電磁モーターの動作は、いくつかのレベルで発生する。内燃機関を有する従来のＯＴＴＯピストンエンジンの一般原則が適用されるので、電磁モーターの動作原理は回転するクランクシャフトに基づいており、ピストンはコネクティングロッドを介してしっかりと固定され、コネクティングロッドはコイルの周りの磁石の直線運動によってシャフトに動力を供給する。従来の内燃機関エンジンにおいて、ピストンは、化石燃料の燃焼によって生じる爆発の力により推進される。他方、電磁モーターの場合、ピストンは磁石および続要素から構成されており、磁石は外部巻線を備えた下部コイルの内部中空コアの周りを移動する。内部中空コアを備え、シリンダ・ケーシングに静的に固定された上部コイルが、下部コイルの上に取り付けられる。中空コアはいずれも、非強磁性材料から作製される。磁石の上部および下部の平衡位置の前で両方のコイルにおける極性を反転させることにより、磁石の引力および反発力が可能となる。電磁モーターに関する根本的な課題は、エネルギー入力およびクランクシャフトの回転の最適な組み合わせを見つけることであり、これには磁石の平衡位置の前で極性を反転させるためのエネルギーが必要であり、全体として推進の手段を提供する（輸送の異なる形態でまたは産業で）。

地球の電磁場の双極性を利用する電磁モーターの設計はほとんど知られていない。よく知られている設計であり、本特許出願に記載される解決手段に最も類似している設計は、米国特許第８，３４４，５６０号によって示される。この文書によると、磁気駆動モーターが、希土類磁石の蓄積エネルギーおよび電磁場を利用して、磁石で動く可動ソレノイドアセンブリ（内部コアの周りに特殊なワイヤーのコイルが巻かれたスプール）を上下に駆動する。さらに、対応するシャフトおよびカムシャフトのような変換機構が、交互回転を作業に変換し、次いで動作の機能を引き受ける。したがって、電磁アセンブリは、チューブコアを備えた非強磁性ピストン、および、このコアの周りに巻かれたワイヤーを備えたコイルで構成される。したがって、磁気アクチュエータは、シャフトの各端に取り付けられた磁石を有し、スイッチング機構が磁石の極性を反転し、磁石が上部および下部に達するたびに電磁アセンブリを磁石から反発させる。このことは全て、特別なコントローラによって制御され、極性を反転させてちょうどよいときに磁石を反発させることが確保される。本特許出願において示される発明と比較して、上記の発明は、磁気アクチュエータの最も遠いポイントにおける極性反転を利用するのに対し、本特許出願で示される発明は、センサーおよび制御ユニットを利用して両方のコイルの極性を反転させ、場所ごとの極性の反転は最も遠い位置では発生せず、むしろシリンダーの上部にある２つのコイルを介して発生し、この場合、片側のコイルから磁石を反発させ、磁石を反対側のコイルに向かって引き付けることで極性が反転する。

他の既知の解決策は、推進力の手段としてではなく電気エネルギーを生成するために電磁モーターを利用するため、類似のシステムとの比較によって本特許出願に記載されるような結果は得られない。

本発明は、典型的なピストンエンジンの原理に基づく推進の手段を提供するが、以下の違いを有する：典型的なエンジンでは、ピストンは爆発によって推進されるのに対し、電磁モーターでは、磁石および接続要素で構成されるピストンは両方のコイルにおける電磁極性の反転によって推進される。センサーおよび制御ユニットを用いて、極性が下部および上部のコイルで反転し、これにより、両方のコイルに対して磁石の反発力および引力が生じる。

ピストン、すなわち接続要素によって接続ロッドに取り付けられた永久磁石の長手方向の動作から、クランクシャフトの旋回運動への変化により、不連続な動作が生じる。最も遠い位置、すなわち磁石の上部および下部の平衡位置では、電磁モーターの動作は滑らかではなく、トランスミッションによる衝撃が発生する。個々の電磁モーターを接続することで衝撃を取り除くことができるので、より多くの個別の電磁モーターを接続することが、電気モーターの機能の効率を高めてトランスミッションを改善するものと考えられる。

本発明は、以下を示す実施形態および図面を用いて説明される。

電磁モーターの断面図コイルおよびシリンダーの内部構成要素の表示接続要素への磁石の取付具の表示トランスミッションを可能にする一連の４つの電磁モーターの表示

図１に示される電磁モーターは、ケーシング（o）で構成され、その中に自由に回転するクランクシャフト（v）が取り付けられている。シリンダー（c）のケーシングは、ケーシング（o）に固定して取り付けられている。下部コイル（ch）は、中空のコアに周りに巻かれた導線から主に作製される外部巻線（sw）を有し、シリンダーケーシング（c）の上部に取り付けられる。接続要素（mh）は、クランクシャフト（v）に固定して取り付けられる接続ロッド（v1）に取り付けられている。永久磁石（mp）は、主にナットとボルトを用いる、標準的な方法を使用して、接続要素（mh）に固定して取り付けられる。ピストン、すなわち接続要素（mh）を介して接続ロッド（v1）に取り付けられた磁石（mp）の直線的動作は、シャフト（v）の回転螺旋に変化する。したがって、磁石（mp）は、下部コイル（ch）の中空コアの周りを直線的に移動する。内部中空コア（j）を備えた上部コイル（em）は、シリンダー（c）のケーシングの上部に取り付けられる。内部コア（j）は、上部コイル（em）のシリンダー（cc）のケーシングに固定して取り付けられる。すべてのケーシングおよび中空コアは、非強磁性材料、主にプラスチックで作製される。

磁石が下部コイルchの中空コアの周りを連続的に移動できるようにするために、磁石（mp）が上部または下部の平衡位置に達する直前、正確に定められた瞬間に両方のコイルの極性が適切に反転される必要がある。これは、好ましくはセンサーである２つのセンサー（x1）およびコントローラー（y1）によって可能となり、センサー（x1）は、永久磁石（mp）が上部平衡位置に達する直前の永久磁石（mp）の位置を検出するように配置され、第２のセンサー（x1）は、磁石（mp）が下部平衡位置に達する直前の磁石（mp）の位置を検出するように配置される。センサー（x1）は、クランクシャフト(v)に取り付けられ、自由に回転するクランクシャフト（v）の主軸に対する接続ロッド（v1）の角度変位として磁石（mp）が上部または下部の平衡位置に達する直前に磁石（mp）の位置を検出するように配置され、角度変位は、磁石（mp）の上部または下部の平衡位置を超えて３度以上かつ６度以下である。上部または下部の平衡位置に到達する直前の磁石（mp）の位置をセンサー（x1）が検出すると、センサーは制御ユニット（yl）に適切な信号を送信し、制御ユニットの機能は、センサー（x1）を制御し、かつ、両方のコイル、すなわち、下側および上側のコイル、それぞれ（ch）および（em）の極性の反転を促進することである。

図２は、外部巻線（sw）を備えた下部コイル（ch）の内部構造を示す。図の右側は、シリンダー（c）のケーシングおよびコイル上の外部巻線（sw）を示す。断面は、シリンダー（c）のケーシングの平面図、および、中空コアと適切な金属で作製された外部巻線（sw）とから構成されるコイル（ch）の内部構造の平面図を示す。

図３は、接続ロッドを接続要素（mh）に取り付ける方法の１つを示す。接続要素（mh）は、ボルト用の穴（mh1）を備えた形成溝（mh2）を有する。接続ロッドは、溝（mh2）中に配置され、ボルトで取り付けられる。磁石（mp）は、ネジで接続要素（mh）に取り付けられる。これにより、極端な圧力条件下でも、接続部分の全体構造が安定する。

以下に、上記の電磁モーターを実装した場合について説明する。磁石（mp）は、Ｎ極（N）がアタッチメントの側にあり、Ｓ極（S）が反対側にあるように、接続要素（mh）に取り付けられる。下部コイル（ch）は極性（S）を有し、上部コイル（em）は極性（N）を有し、これにより、下部における極性(N)および上部における極性(S)による磁石（mp）の引力が生じる。これにより、コイル（ch）の中空コアの周りで磁石（mp）が直線的に移動する。磁石（mp）が接続要素（mh）に取り付けられ、接続要素（mh）はクランクシャフト（v）が取り付けられている接続ロッド（v1）に取り付けられているため、クランクシャフト（v）が回転し始める。センサー（x1）は、クランクシャフト（v）に取り付けられる。上部平衡位置に達する直前の磁石（mp）の位置をセンサー（x1）が検出する際、すなわち、自由に回転するクランクシャフト（v）の主軸に対する接続ロッド（v1）の角度変位が３度以上６度以下の際、適切な信号がコントローラー（yl）に送信され、両方のコイルの極性が反転される。次いで、下部コイルは極性（N）を有し上部コイルは極性（S）を有し、磁石（mp）の反発力が生じる。これにより、コイル（ch）の中空コアの周りで磁石（mp）が反対方向に直線的に移動する。下部平衡位置に達する直前の磁石（mp）の位置をセンサー（x1）が検出する際、適切な信号がコントローラー（yl）に送信され、両方のコイルの極性が再び反転される。両方のコイルの極性を反転することにより、コイル（ch）の中空コアおよびシリンダー（c）に沿った上下の磁石（mp）の直線運動が可能となる。反対の実装形態も可能である、すなわち、磁石（mp）がアタッチメント側にＳ極（S）を有し、反対側にＮ極（N）を有し、コイルの極性がそれに応じて設定される。

図４は、軸の回転の伝達および均一性を改良させるための４つの電磁モーターの直列接続を示す。したがって、一般原則に基づいて、コイルの極性の反転によって、磁石の引力および反発力が生じ、磁石は、接続要素を介して接続ロッドに接続され、接続ロッドを介した磁石の両方（下部および上部）の平衡位置に比例してクランクシャフトが回転する。電磁モーター中の磁石の開始位置は、平衡位置の前の３度以上６度以下である。慣性により、磁石は平衡位置に移動し、次いで、両方のコイルにおける極性の反転により、磁石が反対方向に移動する。第１の電磁モーター（r1）では、上から下に見て極性（S）−（N）を有する磁石が、上部の平衡位置の前の３度以上６度以下であるが、これは、この段階において、上部平衡位置の方向に磁石を移動させるために、下部コイル中の極性を反対の極（Ｓ）におよび上部コイル中の極性を極（Ｎ）に反転させる必要があることの理由である。第２の電磁モーター（r2）では、磁石が下部平衡位置の前の３度以上６度以下に配置されるが、これは、この段階において、元の上部位置に磁石を戻すために、下部コイル中の極性を反対の極（Ｓ）におよび上部コイル中の極性を極（Ｎ）に反転させる必要があることの理由である。この過程において、極性は、両方のコイル、すなわち上部および下部で反転される、なぜならば、電磁場の特性により、極性の各反対分布（N-SおよびS-N）のみによって引力および反発力を生じることが可能となるからである。第２の電磁モーター（r2）の位置と一致する第３の電磁モーター（r3）において、第２の電磁モーター（r2）と同じ条件が提示されるが、第１の電磁モーター（r1）の位置と一致する第４の電磁モーター（r4）においては、第１の電磁モーター（r1）と同じ条件が提示される。説明されるトランスミッションによって、平衡位置をより効率的に超えることが可能となり、これはピストン／磁石の直線的移動がクランクシャフトの回転螺旋に変化することによって起こるものであり、エンジンは１ストロークの原理において動作するので、電磁モーターの単独作用のためにはトランスミッションは必要ではない。しかしながら、４つの電磁モーターのトランスミッションの場合、磁石の直線的移動の回転螺旋への変化によって負荷は実質的により良好に解消し、クランクシャフトがより均一に回転する。

Claims

磁石（mp）の直線的動作をシャフト（v）の回転螺旋に変化させる電磁モーターであって、
自由に回転するクランクシャフト（v）が内部に取り付けられているケーシング（o）を含み、
前記シリンダー（c）のケーシングは、前記ケーシング（o）に固定して取り付けられ、
中空のコアに周りに巻かれた外部巻線（sw）を有する下部コイル（ch）が、シリンダーケーシング（c）の上部に固定され、
上部コイル（em）のシリンダー（cc）のケーシングに固定して取り付けられる中空内部コア（j）を備えた上部コイル（em）が、前記シリンダー（c）のケーシングの上部に取り付けられ、
磁石（mp）が固定して取り付けられた接続要素（mh）が、クランクシャフト（v）に固定して取り付けられた接続ロッド（v1）に取り付けられ、
前記磁石（mp）が、前記下部コイル（ch）および上部コイル（em）の極性の反転によって前記下部コイル（ch）の中空コアに沿って直線的に移動し、前記下部コイル（ch）および上部コイル（em）のそのような極性の反転が、前記磁石（mp）がその上部または下部の平衡位置に達する直前にセンサー（x1）および制御ユニット（y1）によって実行され、
前記磁石（mp）がその上部または下部の平衡位置に達する直前に前記センサー（x1）が前記磁石（mp）の位置を検出すると、前記制御ユニット（y1）に適切な信号が送信され、前記制御ユニット（y1）は、前記センサー（x1）を制御し、両方のコイル、すなわち前記下部コイル（ch）および上部コイル（em）の極性を反転する、
電磁モーター。
前記接続要素（mh）が、ボルト用の穴（mh1）を備えた形成スロット（mh2）を有し、前記接続ロッド（v1）が、前記スロット中に配置されてボルトで取り付けられ、前記磁石（mp）が、ネジで前記接続要素（mh）に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の電磁モーター。
１つのセンサー（x1）が、前記磁石（mp）が上部平衡位置に達する直前の磁石（mp）の位置を検出するように配置され、第２のセンサー（x1）が、前記磁石（mp）が下部平衡位置に達する直前の磁石（mp）の位置を検出するように配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電磁モーター。
前記２つのセンサー（x1）が、前記クランクシャフト（v）に取り付けられ、自由に回転するクランクシャフト（v）の主軸に対する前記接続ロッド（v1）の角度変位として前記磁石（mp）が最終的な上部または下部の平衡位置に達する直前に磁石（mp）の位置を検出するように配置され、前記角度変位は、前記磁石（mp）の上部または下部の平衡位置の前の３度以上かつ６度以下であることを特徴とする、請求項３に記載の電磁モーター。
一連の４つの電磁モーターによって改良されたトランスミッションを生じ、第１の電磁モーター（r1）および第４の電磁モーター（r4）においては前記磁石（mp）が上部平衡位置の直前に配置され、第２の電磁モーター（r2）および第３の電磁モーター（r3）においては前記磁石（mp）が下部平衡位置の直前に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁モーター。
前記磁石（mp）が天然の永久磁石であり、前記ケーシングおよび前記中空コアが非強磁性の材料で作製されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁モーター。